CN219350273U - 一种氢燃料电池冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢燃料电池冷却技术领域，公开了一种氢燃料电池冷却系统，其包括除污器、真空引水罐、第一水泵、第一换热器、第一水箱、去离子器和燃料电池模块；除污器、真空引水罐、第一水泵、第一换热器通过管道依次连接形成外部第一散热水路；第一换热器、去离子器、第一水箱、燃料电池模块通过管道依次连接，且燃料电池模块通过管道将冷却液回流至第一换热器，以形成内部第一循环水路，此水路给燃料电池内部电堆冷却；利用第一换热器、第二换热器将冷却液与船底海水进行热交换，既减小氢燃料电池的散热风机所占的体积，又能降低噪音。

Description

一种氢燃料电池冷却系统

技术领域

本实用新型涉及电池冷却技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池冷却系统。

背景技术

船舶所使用的氢燃料电池在运行时，氢燃料电池约有50％的能量转化为热能，因此氢燃料电池的散热是需要重点关注的问题。目前其常采用的散热方式是通过冷却液将电堆内的热量带出至散热风机处，然而这么做需要布置较大面积的散热翅片，导致整个散热系统体积庞大，不便于布置，不适合使用在船舶上。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：采用散热翅片对氢燃料电池进行散热的方式占用空间大。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种氢燃料电池冷却系统，其包括除污器、真空引水罐、第一水泵、第一换热器、第一水箱、去离子器和燃料电池模块；所述除污器设有进水口，所述第一换热器设有第一排水口，所述除污器、所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第一换热器通过管道依次连接形成外部第一散热水路；所述第一换热器、所述去离子器、所述第一水箱、所述燃料电池模块通过管道依次连接，且所述燃料电池模块通过管道将冷却液回流至所述第一换热器，以形成内部第一循环水路。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括第二水泵、第二换热器和第二水箱，所述第二换热器设有第二排水口；

所述除污器、所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第二换热器通过管道依次连接形成外部第二散热水路；

所述第二换热器、所述第二水泵、所述第二水箱、所述燃料电池模块通过管道依次连接，且所述燃料电池模块通过管道将冷却液回流至所述第二换热器，以形成内部第二循环水路；

所述第一水箱、所述第二水箱分别通过管道接入内部第一循环水路和第二循环水路，起到及时补充冷却液作用。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括第一海底门，所述第一海底门配置于船的后端，所述第一海底门通过管道分别与所述第一排水口和第二排水口相连通。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括第二海底门，所述第二海底门配置于船的前端，所述第二海底门通过管道与所述进水口相连通。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括框架，所述框架包括底板、顶架和多个支撑杆，所述支撑杆位于所述底板上方且与所述底板相连，所述顶架安装在所述支撑杆的顶端，所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第二水泵、所述第一换热器、所述第二换热器安装于所述底板上，所述第一水箱、所述第二水箱安装于所述顶架。

进一步地，所述顶架的顶端设有多个吊环。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括第一泄露阀，所述第一泄露阀位于内部第一循环水路中，且所述第一泄露阀位于所述第一换热器与所述燃料电池模块。

进一步地，所述第一水泵设有汇总管，所述汇总管设有温度传感器和压力传感器，所述汇总管通过管道分别与所述第一换热器和第二换热器相连通。

进一步地，所述第三泄露阀位于外部第一循环水路中，且所述第三泄露阀位于所述真空引水罐与所述第一水泵之间。

进一步地，所述氢燃料电池冷却系统还包括第二泄露阀，所述第二泄露阀位于所述内部第二循环水路中，且所述第二泄露阀位于所述第二换热器与所述第二水泵之间。

进一步地，所述真空引水罐的顶部通过管道与所述除污器相连通，所述真空引水罐与管道的连接处设有滤网，所述真空引水罐的底部通过管道与所述第一水泵相连通。

本实用新型实施例一种氢燃料电池冷却系统与现有技术相比，其有益效果在于：利用第一换热器将冷却液与船底海水进行热交换，既减小传统氢燃料电池的散热风机所占的体积，又能降低噪音；第一水箱可以对内部第一循环水路补充冷却液，第二水箱可以对内部第二循环水路补充冷却液，确保有足够的冷却液对燃料电池模块进行降温。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的水路图；

图2是本实用新型一种实施例的立体结构示意图。

图中，除污器1；真空引水罐2；第一水泵3；汇总管301；第一换热器4；第一冷水进口401；第一排水口402；第一热水进口403；第一热水出口404；第一水箱5；去离子器6；燃料电池模块7；排气口701；主水路入口703；主水路出口704；辅助水路入口705；辅助水路出口706；第二水泵8；第二换热器9；第二排水口901；第二冷水进口902；第二热水进口904；第二热水出口905；第二水箱10；第一海底门11；第二海底门12；框架13；底板131；顶架132；吊环133；支撑杆134；第一泄露阀14；第二泄露阀15；第三泄露阀16；温度传感器17；压力传感器18

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例优选实施例的一种氢燃料电池冷却系统，主要运用在船舶上，所述氢燃料电池冷却系统包括除污器1、真空引水罐2、第一水泵3、第一换热器4、第一水箱5、去离子器6和燃料电池模块7。

如图1－2所示，所述除污器1用去除去海水中的杂质，所述除污器1设有进水口，海水可以通过所述进水口进入所述除污器1内。所述第一水泵3的供电电压为AC380V，所述第一水泵3可以在真空引水罐2中形成负压，所述真空引水罐2利用负压将大量低温的海水抽进所述真空引水罐2内。所述第一换热器4设有第一排水口402，海水经所述第一换热器4换热后，可以从所述第一排水口402排到所述第一换热器4外。所述第一水箱5用于存储冷却液，去离子器6可以去除冷却液中的部分离子，降低冷却液的电导率。燃料电池模块7为船舶的供电装置，所述燃料电池模块7内具有可通过冷却液的管道，冷却液经过燃料电池模块7内的管道时，可以带走燃料电池模块7部分热量。

如图1所示，所述除污器1、所述真空引水罐2、所述第一水泵3、所述第一换热器4通过管道依次连接形成外部第一散热水路，所述第一换热器4为板式换热器，海水先从所述进水口进入所述除污器1内，再通过管道流进所述真空引水罐2，再流经所述第一水泵3，接着通过管道流进所述第一换热器4，最后通过第一排水口402排到大海。

如图1所示，所述第一换热器4、所述去离子器6、所述第一水箱5、所述燃料电池模块7通过管道依次连接，且所述燃料电池模块7通过管道将冷却液回流至所述第一换热器4，以形成内部第一循环水路。部分冷却液可以从第一换热器4流向去离子器6，再从去离子器6流向第一水箱5，接着从第一水箱5流向燃料电池模块7，再从燃料电池模块7流回第一换热器4，从而形成一个循环，冷却液在经过第一换热器4时，会与第一换热器4的海水交换热量，位于第一换热器4的海水吸收冷却液的热量，使冷却液降温。冷却液可以直接从所述第一换热器4流向所述燃料电池模块7，再从所述燃料电池模块7直接流回所述第一换热器4。冷却液可以直接从所述第一水箱5流向所述燃料电池模块7，所述燃料电池模块7的高温气化的冷却液从所述排气口701排放到所述第一水箱5，所述第一水箱5可以对冷却液的流量进行调节，对所述第一循环水路、第二循环水路中的冷却液流量进行动态调整和补充。

如图1所示，所述氢燃料电池冷却系统还包括第二水泵8、第二换热器9和第二水箱10，所述第二换热器9为板式换热器，所述第二换热器9设有第二排水口901。所述第一水箱5和所述第二水箱10为6L容量半透明PP聚合物水箱。所述第一水箱5和所述第二水箱10内都设有水位传感器，当水位传感器检测到箱内的水位过低时，所述第一水箱5和所述第二水箱10关闭出水。所述除污器1、所述真空引水罐2、所述第一水泵3、所述第二换热器9通过管道依次连接形成外部第二散热水路，海水先从所述进水口进入所述除污器1内，再通过管道流进所述真空引水罐2，再流经所述第一水泵3，接着通过管道流进所述第二换热器9，最后通过第二排水口901排到大海。

如图1所示，所述第二换热器9、所述第二水泵8、所述燃料电池模块7通过管道依次连接，且所述燃料电池模块7通过管道将冷却液回流至所述第二换热器9，以形成内部第二循环水路。所述第二水泵8的供电电压为DC24V，为燃料电池模块7的辅助水路的冷却液提供动力。在所述第二水泵8的作用下，冷却液可以从第二换热器9流向第二水泵8，再从第二水泵8流向燃料电池模块7，再从燃料电池模块7流回第二换热器9，从而形成一个循环，冷却液在经过第二换热器9时，会与第二换热器9的海水交换热量，位于第二换热器9的海水吸收冷却液的热量，使冷却液降温。所述第二换热器9对燃料电池模块7内的附件进行散热，附件可以为空气压缩机、空气压缩机控制器、中冷器，提高燃料电池模块7的发电效果。

所述氢燃料电池冷却系统还包括第一海底门11，所述第一海底门11配置于船的后端，所述第一海底门11通过管道分别与所述第一排水口402和第二排水口901相连通，所述第一排水口402和第二排水口901排出的海水可以通过管道流向第一海底门11，再从第一海底门11排向大海，避免热量聚集在船舶上。所述氢燃料电池冷却系统还包括第二海底门12，所述第二海底门12配置于船的前端，所述第二海底门12通过管道与所述进水口相连通，海水可以从所述第二海底门12通过管道进入所述进水口，再从所述进水口进入除污器1。当船舶在海上向前行驶时，第二海底门12通过与海水对冲，海水可以直接涌进除污器1内，从而减少第一水泵3的动力负担。

如图2所示，所述氢燃料电池冷却系统还包括框架13，所述框架13包括底板131、顶架132和多个支撑杆134，所述支撑杆134位于所述底板131上方且与所述底板131相连，所述顶架132安装在所述支撑杆134的顶端，所述真空引水罐2、所述第一水泵3、所述第二水泵8、所述第一换热器4、所述第二换热器9安装于所述底板131上，所述第一水箱5所述第二水箱10安装于所述顶架132。所述支撑杆134共有四条，且成矩形分布，所述支撑杆134围在所述真空引水罐2、所述第一水泵3和所述第二水泵8外。所述顶架132为四方框状，所述顶架132每个边角都与一个支撑杆134的顶端相连。所述框架13的整体长度为300mm，宽度为490mm，高度为780mm，占地面积不足1m²，体积不足0.5m³，在实际使用时，占用空间小。所述顶架132的顶端设有多个吊环133，吊具可以通过钩住吊环133从而将整个框架13吊起，方便工作人员通吊具将框架13安装在船舶上，或将框架13从船舶上拆卸出来。通过将所述真空引水罐2、所述第一水泵3、所述第二水泵8、所述第一换热器4、所述第二换热器9安装于所述底板131上，在需要维护时可以将框架13去除，便于工作人员进行维护。

如图1－2所示，所述氢燃料电池冷却系统还包括第一泄露阀14，所述第一泄露阀14位于所述内部第一循环水路中，且所述第一泄露阀14位于所述第一换热器4与所述燃料电池模块7之间，在维护内部第一循环水路时，第一泄露阀14可以排掉内部第一循环水路内所有冷却液，便于对内部第一循环水路内各个部件进行维护。所述第一水泵3设有汇总管301，所述汇总管301设有温度传感器17和压力传感器18，所述汇总管301通过管道分别与所述第一换热器4和第二换热器9相连通，所述温度传感器17用于检测汇总管301内海水的温度，所述压力传感器18用于检测汇总管301内海水的水压。

如图1所示，所述氢燃料电池冷却系统还包括第二泄露阀15，所述第二泄露阀15位于所述内部第二循环水路中，且所述第二泄露阀15位于所述第二换热器9与所述第二水泵8之间，所述第二泄露阀15可以排出所述内部第二循环水路中的冷却液，便于对内部第二循环水路内各个部件进行维护。所述真空引水罐2与所述第一水泵3之间的管道上还设有第三泄露阀16，所述第三泄露阀16位于外部第一循环水路中，第三泄露阀16可以排出部分海水，避免水压过大破坏管道。所述真空引水罐2的顶部通过管道与所述除污器1相连通，所述真空引水罐2与管道的连接处设有滤网，滤网可以过滤掉海水中体积较大的杂质，所述真空引水罐2的底部通过管道与所述第一水泵3相连通。

本实用新型的工作过程为：第一水泵3在真空引水罐2内形成负压，真空引水罐2通过负压从第二海底门12中抽取大量低温的海水，低温海水经过除污器1过滤后，再经过滤网过滤，然后进入真空引水罐2内，接着在第一水泵3的作用下，海水泵向第一换热器4的第一冷水进口401和第二换热器9的第二冷水进口902，在第一换热器4和第二换热器9内吸收冷却液的热量，再离开第一换热器4和第二换热器9后进行汇流，最后从第一海底门11流向大海。第一换热器4总体换热量大于或等于121kW，第一换热器4的第一冷水进口401处的海水温度一般为22℃左右，海水从第一排水口402处出来温度一般为32℃左右，第一换热器4的第一热水进口403处冷却液温度约为70°C，第一换热器4的第一热水出口404处冷却液温度约为60℃。从燃料电池模块7的主水路出口704流出的高温冷却液经过第一换热器4，冷却液在第一换热器4中将热量传递给外部流入的海水，利用海水带走冷却液中的热量，从而降低冷却液温度，然后流入燃料电池模块7的主水路入口703。部分冷却液从第一换热器4的热水出口处出来后，流向去离子器6，去离子器6将内部第一循环水路析出的离子过滤后，冷却液进入第一水箱5的回流口。第一水箱5的补水口向内部第一循环水路提供蒸发掉的冷却液补充，并且在低水位的时候，水位传感器输出信号给控制模块，控制第一水箱5的开关，第一水箱5在低水位的时候断开。燃料电池模块7的排气口701可以排放部分冷却液蒸汽，冷却液蒸汽经第一水箱5的回流口进入第一水箱5。第一水箱5可以承受一定压力的膨胀，在膨胀到一定程度后，第一水箱5上方的泄压阀门打开，释放压力。

所述第二换热器9总体换热量大于或等于20kW，第二换热器9的第二冷水进口902处海水温度约22℃，第二排水口901处海水温度约32℃，第二换热器9的第二热水进口904处冷却液温度约65℃，第二换热器9的第二热水出口905处冷却液温度约55℃。从燃料电池模块7的辅助水路出口706流出的高温冷却液经过第二换热器9，在第二换热器9中将热量传递给外部流入的海水，利用海水带走冷却液中的热量，从而降低冷却液温度，然后流入燃料电池模块7的辅助水路入口705。第二水箱10的补水口向燃料电池模块7补充蒸发掉的冷却液，并且在第二水箱10低水位的时候，水位传感器输出信号给控制模块，控制第二水箱10的开关，在第二水箱10低水位的时候断开。燃料电池模块7的辅助水路出口706排放的冷却液夹带冷却液蒸汽，经第二水箱10的回流口进入第二水箱10。

综上，本实用新型实施例提供一种氢燃料电池冷却系统，其利用第一换热器4将冷却液与船底海水进行热交换，既减小传统氢燃料电池的散热风机所占的体积，又能降低噪音；第一水箱5可以对第一循环水路补充冷却液，确保有足够的冷却液对燃料电池模块7进行降温；通过第一换热器4配合第二换热器9的设计，可以给燃料电池模块7散热的同时，也带走经燃料电池模块7空气压缩机压缩后的高温气体的热量；所述真空引水罐2、所述第一水泵3、所述第二水泵8、所述第一换热器4、所述第二换热器9集成在框架13上，使之模块化，结构设计紧凑，占地面积和占用空间小，替换性性强，解决了当前技术条件下换热器放在在船底，不方便清洁维护的问题。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池冷却系统，其特征在于，包括除污器、真空引水罐、第一水泵、第一换热器、第一水箱、去离子器和燃料电池模块；

所述除污器设有进水口，所述第一换热器设有第一排水口，所述除污器、所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第一换热器通过管道依次连接形成外部第一散热水路；

所述第一换热器、所述去离子器、所述第一水箱、所述燃料电池模块通过管道依次连接，且所述燃料电池模块通过管道将冷却液回流至所述第一换热器，以形成内部第一循环水路。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第二水泵、第二换热器和第二水箱，所述第二换热器设有第二排水口；

所述除污器、所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第二换热器通过管道依次连接形成外部第二散热水路；

所述第二换热器、所述第二水泵、所述第二水箱、所述燃料电池模块通过管道依次连接，且所述燃料电池模块通过管道将冷却液回流至所述第二换热器，以形成内部第二循环水路。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第一海底门，所述第一海底门配置于船的后端，所述第一海底门通过管道分别与所述第一排水口和第二排水口相连通。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第二海底门，所述第二海底门配置于船的前端，所述第二海底门通过管道与所述进水口相连通。

5.根据权利要求2所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括框架，所述框架包括底板、顶架和多个支撑杆，所述支撑杆位于所述底板上方且与所述底板相连，所述顶架安装在所述支撑杆的顶端，所述真空引水罐、所述第一水泵、所述第二水泵、所述第一换热器、所述第二换热器安装于所述底板上，所述第一水箱、所述第二水箱安装于所述顶架。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：所述顶架的顶端设有多个吊环。

7.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第一泄露阀，所述第一泄露阀位于所述内部第一循环水路中，且所述第一泄露阀位于所述第一换热器与所述燃料电池模块之间。

8.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：所述第一水泵设有汇总管，所述汇总管设有温度传感器和压力传感器，所述汇总管通过管道分别与所述第一换热器和第二换热器相连通。

9.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第三泄露阀，所述第三泄露阀位于外部第一循环水路中，且所述第三泄露阀位于所述真空引水罐与所述第一水泵之间。

10.根据权利要求2所述的氢燃料电池冷却系统，其特征在于：还包括第二泄露阀，所述第二泄露阀位于所述内部第二循环水路中，且所述第二泄露阀位于所述第二换热器与所述第二水泵之间。

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